物质的物理性质，物质结构的最小单位与力场的关系

物质的物理性质，物质结构的最小单位与力场的关系
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我们研究物质时，一般都是遵循着由简至繁，由浅至深，由外至内，先物理后化学的规律行事。物质的物理性质包括它的状态，颜色，硬度和质量。

世间的万物都具有三种形式，即固态，液态和气态，最近的科技表明，有些物质的状态具有离子态和胶状态，但我们可以把它们归为气态和液态的范畴。

物质的颜色表现的原理是照在物质上的光线，未被吸收的各种波长的光线，通过眼睛落在我们的视网膜上，通过神经传至我们大脑的信息。白色光线经过三棱镜的折射，可以分为赤橙黄绿青蓝紫七种单色光。每一种元素的原子都会吸收特定的光谱线，当物质的原子吸收了多种光谱线，未被吸收的光谱线被反射出来，该光谱所具有的颜色就是物质的颜色，如果，七种单色光谱全部被吸收，那么物质所表现的颜色就是黑色，如果七种单色光谱没有一个被吸收，物质所表现的颜色就白色，人眼分辨不同光的波长的形式就是反映在我们大脑里的不同的颜色。

固态的物质还有一种物理性质——硬度，一般指的是矿物或金属的硬度，常用的标准量度叫做摩氏硬度。为了更好地了解物质的摩氏硬度，我们在这里列出一些物质的硬度:

铅:1.5；指甲:2.3；铝:2-2.5；铜:2.5-3；阿富汗白玉，大理石:3；小刀:5-5.5；玻璃:5.5；钢锯条:6；和田玉:6-6.5；钢锉:6.5；翡翠:6.5-7；雨花石，玛瑙，石英石:7；钻石:10，等等，在此不一一列出。

物质有一个特别的物理量——质量，所谓质量就是物质所含物质多少的量度；在牛顿第一定律中，质量是其中的一个物理量。即物质所受的作用力的值等于物质的质量和其加速度的乘积。

关系式为:F=ma

F为物质所受之力；m为物质的质量；a为物质的加速度。

物质的质量在国际上的单位为千克，字母表示为kg。

为了更好地解释物质的质量，我们将在下面的章节里详细介绍。

我们要了解物质的性质，不但要研究物质的物理性质，而且要研究物质的化学性质，要了解物质的化学性质，就要了解物质的内部结构。我们暂且不谈古人所谓的原始的物质组成的猜想，如中国古人认为世间的万物由金，木，水，火，土五种元素组成，直接开始讨论现代科学对物质化学的研究成果。

现代科学表明，世间的万事万物都是由分子或原子组成，使它们能挤在一起的是分子键或原子键。例如，水的分子是由二个氢原子和一个氧原子组成，分子式是H2O；我们常吃的盐是由一个钠原子和一个氯原子组成，分子式是Nacl;土壤里的主要成分是硅酸盐，它的硅酸的离子式由一个硅原子，三个氧原子组成，分子式是-SiO3。

世间的原子的数量庞大，不可胜记，为了研究，分析，统计，数以亿亿级的原子，科学家颇费脑筋。

最早把原子按着质子数分类的是俄国的化学家门捷列夫（Dmtri  Mendeleev），他在1869年发明了元素周期表。经过后来大量的科学工作者不断增添，修改，才有了现在的元素周期表。元素周期表共分为七主族，七副族和零族，到目前为止，共118种元素。

一段时期一来，科学界都公认原子是组成世间万物的基本单位。最早发明原子称谓的是希腊哲学家德谟科利特，他认为原子是组成宇宙万事万物的最小基本单位，直到卢瑟福做了粒子散射实验。1909年，新西兰的物理学家恩斯特·卢瑟福做了粒子的散射实验，发现原子的内部有很大的空间。后来经过大量科学家的不断研究，发现不管是何种元素，它的原子都是由原子核和核外电子组成。原子核居于原子的中心，电子在核外绕原子核高速旋转，原子核和电子之间由它们之间的电磁力提供离心力。电子绕原子核的轨道不似宏观世界中的地球绕太阳，月亮绕地球公转的模式，而是遵循着微观世界的包里不相容原理，电子有固定的能量态的轨道，绕原子核随机运动，形成所谓的电子云的方式运动。

原子核并不是组成物质的最小单位，科学界公认原子核由带正电的质子和不带电的中子组成，使它们结合在一起的力我们称为强核力。不同元素的原子核内质子和中子的数量是不同的，但相同原子核内的质子和中子一般是相同的，特殊的原子除外。带电的质子和核外的电子的数量是相同的，正负电量刚好抵消，所以原子的外表表现为中性。为了更好得理解不同的原子核内的质子数和中子数不同，我们可以举一些例子来表述。

氢原子核，由一个质子，一个中子，一个核外电子组成;氦原子核由二个质子，二个中子，二个核外电子组成;其中，质子与质子之间，中子与中子之间，质子与中子之间由强核力控制，电子与原子核由电磁力控制。其它原子依次类推，或许有一些特殊的同位素例外，在此不再赘述。

质子，中子也不是物质最小的组成单位，现代科技表明，质子和中子是由夸克组成。宇宙间存在不同类型的夸克，其实只有六种，被称为六种味。这六种味被科学界称为上，下，奇，粲，底和顶。每种味夸克又带有三种色，即红，绿和蓝。一个质子由二个上夸克和一个下夸克组成，一个中子由二个下夸克和一个上夸克组成。到目前为止，没有发现比夸克还要小的物质，但我们相信夸克不是物质组成的最小的单位。那么，世间物质的最小单位是什么呢？现代科学虽然没有发现，但我们可以假设宇宙间有物质组成的最小单位，我们称为基元，使基元挤在一起的力，我们假设为是强核力。

现在我们可以讨论物质的质量的问题了。什么是物质的质量呢？前面我们已经谈过，物质的质量是指物质含有“物质”的多小。引号里面的物质是指的什么呢？现在我们可以说引号里面的物质就是物质的“基元”。现在我们可以重新给物质的质量下定义，即所谓物质的质量是物质含有基元的多少。

我们在讨论物质的个个层次的结构时，都没有遗漏连接它们的力。例如，连接分子，原子的力是分子键和原子键;连接质子，中子之间的力是强核力，原子核和电子之间的离心力是电磁力等等不一而足。力的本质是什么？它们是怎么形成的？

量子力学认为，所有的力都是由粒子来传递的，也就是说，宇宙间的力也是物质，只是由高速的粒子组成。霍金认为，宇宙间所有的粒子都有自旋的性质。所谓粒子的自旋，是指从不同的方向看粒子是什么样子。例如，一个自旋为0的粒子像一个点，从任何方向看都一样;自旋为1的粒子像一个箭头，从不同的方向看是不同的，只有把它转过一整圈，即360度时，该粒子才显得一样;自旋为2的粒子像个双向的箭头，只要把它转过半圈，即180度时，它看起来才一样;自旋为1/2的粒子，把它转两整圈，即720度时，它看起来才一样。

量子力学认为，宇宙间所有已知的粒子分为两组:

一，自旋为1/2的粒子，组成宇宙中的物质。

二，自旋为0，1和2的粒子，它们是传递各种力的力子。

宇宙间各种相互作用的力是怎样通过自旋为1/2的粒子传递的呢？霍金认为，“在量子力学中，所有物质粒子之间的力或相互作用都认为是由自旋为整数0、1或2的粒子携带。所发生的是，物质粒子——譬如电子或夸克——发出携带力的粒子。这个发射引起的反弹，改变了物质粒子的速度。携带力的粒子然后和另一个物质粒子碰撞并且被吸收。这碰撞改变了第二个粒子的速度，正如同这两个物质粒子之间存在过一个力”。

我们很难理解霍金的这段话，物质粒子发射携带力的粒子，被另一个物质粒子碰撞吸收，怎么就使两者之间产生力的作用呢？充其量只能产生斥力，而不能产生引力。我们很难建立一个引力的模型。

如果，我们能够建立一个引力模型，可以解释引力的相互作用，是不是可以解释引力的相互作用呢？我们就以万有引力的相互作用为例来解释这种引力的相互作用。

我们假设物质的粒子具有最小的基本粒子，我们称为基元;携带万有引力的粒子我们称为引力子。只是，引力子不是物质的粒子——基元发射出来的，而是存在于宇宙的空间中。因为引力子波长很短，属于长程力，且质量为0，它的速度是光速，即每秒30万公里，方向是任意方向。如果一个引力子撞到物质的一个基元上，根据牛顿第一定律，就会对它产生力的作用。当一个单独的物质存在宇宙的空间时，四面八方的引力子撞上物质的基元，我们可以根据统计学的规律，物质的基元受到引力子在各个方向撞击的概率相同，所以它受到引力子的撞击的合力为0。所以，我们可以这样认为，单独的物质在宇宙的空间，不会产生万有引力的作用;当两个物质存在宇宙的空间中，并且相距一定的距离，我们可以分别分析两者的受力的情况。我们会发现，除了在两者连线的方向上，其他的方向二者受引力的撞击合力都为零。那么在二者连线的方向上的各自的受引力子作用的合力为什么不为0呢？这里，我们介绍一个物理量--引力子矢量密度。所谓引力子矢量密度就是单位体积的空间里某个方向上引力子的个数。是有方向上的哦！

在二者之间的区域，连线的方向，二者外切线所包围的空间，引力子在连线的方向，引力子的密度是小于其他区域的，这就产生什么情况呢？这就产生两者和外切线所包围的区域的引力子矢量密度小于外部的密度，就产生引力子负压，外部的引力子就会压迫两者在二者连线的方向往里挤压的趋势，这种向里的趋势就像两者有引力一样，这就是万有引力产生的本质。所以，万有引力我们不能称为万有引力，而是称为万有压力比较妥当。

我们可以知道，这种假设不会违反牛顿的万有引力定律，也不会和相对论相违背。引力的大小只和两者外切线内外引力子密度差值的大小成增函数关系，而与两者的距离成减函关系。其具体数值的大小就按牛顿的万有引力定律来解释，万有引力定律:自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小跟这两个物体的质量乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比，具体的公式为:

F=G·m1·m2/R^2

其中F为万有引力，m1,m2为两者的质量，R是两者之间的距离，G为常数，其值约为6.67×10^-11 N·㎡ /kg^2。

由前面的假设，我们知道，物质的质量是所含物质的多少，而物质的基本单位我们假设是基元，所以，所谓物质的质量我们可以和物质所含的基元数量等价。

我们阅读爱因斯坦的《相对论》时，他提出的时空观点是，宇宙的空间，充满了物质，大质量的物质的周围的时空是弯曲的，所以经过其附近的物体会弯曲，就像是被吸引一样。例如，地球围绕太阳，月球围绕地球公转就是如此。比如，太阳的周围的时空是扭曲的，所以太阳的行星都沿着扭曲时空的轨道运动，围着太阳做圆周运动。这里有一个问题哦，就是为什么不同的行星沿不同的轨道，这不就是说一个太阳所扭曲的时空有不同的轨道，也就是有不同的测地线。那么，我们是不是可以这样认为，这个扭曲的时空不是太阳一个物体扭曲的，而是由太阳和行星两者才能造成时空的扭曲。时空扭曲的本质是什么呢？扭曲时空的组成又是什么呢？这都是我们需要讨论的问题。由此我们可以这样说，所谓的时空扭曲不是单独一个物体造成的，而是两个物体或多个物体造成的。造成时空扭曲的物质就是两者之间的引力子的矢量密度的变化。

引力子，虽然充满了整个宇宙空间，但它的引力子的密度是不均匀的，物质的质量越大的周围的空间的引力子密度越小，它附近的引力场就越大。因为物质的内部空间很大，基元之间的距离相对于微观的空间来说，是很大的，就像宏观里的恒星之间的距离。假如物质的基元的密度很大，那它附近的引力场就会更大。就像星系里的黑洞一样，物质非常致密，也可以说物质基元的密度很大，所以它的引力场非常强大，大到可以使光线无法射出。

物质的结构层次每小一级，其物质的密度就会大一个级别，基元的密度就会大一个层级，所以其周围的引力场就会大一个层级。也就是说，物质的结构越小，其物质的单位的万有引力场就会强度放大几个层级，所以说，原子核接合的强核力其实是万有引力的一个变种，其原理是一样的。我们可以重新审视一下，宇宙间的四种作用力——万有引力，强作用力，弱作用力，电磁力，斥力，其实，都是万有引力在不同的空间的变种。

引力子的矢量密度，随着两者的质量的变化而变化，他就像是无形的力量改变着宇宙空间的结构。所以，我认为，爱因斯坦所说的有质量的物质可以改变其四周的时空结构，应该是有质量的两个物质或多个物质改变了两者之间的引力子的矢量密度，从而改变宇宙空间的时空结构。

引力子充满宇宙空间，并且以光速沿任意方向运动，这团由引力子组成的巨大能量团，如果没有边界的阻挡，是不稳定的，他会以光速向四周膨胀。所以，我们可以假设二种宇宙的模型:

一，宇宙的大爆炸模型，这一点和宇宙爆炸模型相一致。

二，宇宙的稳定的模型。

如果这团能量团以光速向四周膨胀，在各个方向上引力子的矢量密度就会减少，除非宇宙空间自动生成引力子，这一点和能量守恒定律相矛盾。引力子的矢量密度减少，万有引力的常数G就会减少，但现在没有证据证明，万有引力的常数是减少的。

如果，万有引力的常数是恒定不变的，那么引力子所组成的能量团就是封闭的。

问题就来了，是什么力量使四散的引力子封闭呢？难道是万能的上帝用无形的手使之封闭。

我们可以这样理解宇宙的初始状态，宇宙初始形成之时，宇宙的物质或能量有两种状态的形式。一种是以光速运动的状态，例如，物质的引力子，另一种是相对静止的状态，例如是物质基本粒子——基元。当然，也可以说，物质的基元也是由引力子构成的，只是，引力子没有静止质量，速度是光速，方向是任意方向，基元有静止质量，于引力子相比是静止的。

其中在静止的能量团中，混进了以光速运动的能量，在这团运动着的能量团膨胀的过程中，就会被静止的能量团包围，就形成我们现在看到的封闭的宇宙。